Lago de agua dulce al anochecer

En un paso importante durante la evolución temprana de la vida en la Tierra, la formación del aminoácido cisteína proporcionó catalizadores vitales, que permitieron que las primeras moléculas de proteína se formaran en el agua, según un nuevo estudio realizado por investigadores de London’s Global University (UCL).

Todas las proteínas se construyen a partir de los mismos veinte aminoácidos. Se asumió que uno de ellos, la cisteína, no estaba presente en el origen de la vida. A pesar de su importancia fundamental para toda la vida actual, no estaba claro cómo se pudo haber formado la cisteína en la Tierra primitiva.

En un nuevo estudio, publicado en Science, los científicos de UCL han recreado cómo se formó la cisteína en el origen de la vida. Además, han observado cómo, una vez formada, la cisteína cataliza la fusión de péptidos en agua, un paso fundamental en el camino hacia las enzimas proteicas.

Los investigadores de la UCL crearon la cisteína utilizando sustancias químicas muy simples (cianuro de hidrógeno y sulfuro de hidrógeno) que probablemente serían abundantes en la Tierra primitiva. La ruta que han desentrañado se parece mucho a cómo se sintetiza la cisteína en los organismos vivos de hoy, y los investigadores creen que las rutas están vinculadas históricamente.

La cisteína como esencial la evolución de la síntesis de proteínas, como paso en el origen de la vida

El estudio también encontró que los residuos de cisteína catalizan la síntesis de péptidos en el agua al unir fragmentos de péptidos cortos que el equipo había encontrado previamente en un estudio publicado en Nature el año pasado.

El autor principal, el profesor Matthew Powner (UCL Chemistry), comenta que “nuestros resultados muestran cómo se pudo haber formado la cisteína en la Tierra primitiva y cómo podría haber jugado un papel fundamental en la evolución de la síntesis de proteínas. Una vez formados, los catalizadores de cisteína se comportan como ‘protoenzimas’ para producir péptidos en el agua. Esta robusta química podría haber generado péptidos lo suficientemente largos como para plegarse en estructuras similares a enzimas, que serían los precursores de las enzimas proteicas que son fundamentales para todos organismos vivos”.

El coautor principal e investigador, el Dr. Saidul Islam (UCL Chemistry), asegura que “hemos demostrado que los nitrilos poseen la energía incorporada necesaria para formar enlaces peptídicos en el agua. Esta es la forma más sencilla de fabricar péptidos que funciona con los veinte aminoácidos, lo que lo hace aún más increíble. Es precisamente el tipo de química simple, pero especial, que fue esencial para poner en marcha la vida hace varios miles de millones de años. Nuestro estudio proporciona más evidencia de que las moléculas de la vida descienden de la química del nitrilo en la Tierra primitiva“.

El coautor principal, el Dr. Callum Foden, quien completó el trabajo mientras era un estudiante de doctorado en la UCL, afirma que “la síntesis de péptidos que descubrimos es simple, altamente selectiva y utiliza moléculas que estaban disponibles en la Tierra primitiva. Un solo residuo de cisteína es suficiente para producir una fuerte actividad catalítica. Es notable que moléculas tan pequeñas puedan llevar a cabo una reacción (bio) química tan importante, selectivamente en agua, a pH neutro y con rendimientos tan altos“.

Estructura molecular de la cisteína, clave en el origen de la vida
Estructura molecular de la cisteína, clave en el origen de la vida.

Al discutir las implicaciones adicionales de su estudio, el profesor Powner comenta que “hemos resuelto un problema de largo tiempo sobre el origen de la vida, al proporcionar una solución simple para la síntesis de péptidos catalíticos en agua. Es importante destacar que los catalizadores se construyen sólo a partir de aminoácidos de la biología. La comprensión sobre la forma en que la cisteína pudo haber controlado la formación de los primeros péptidos de la Tierra ha hecho un largo camino desde la química hasta un organismo vivo parezca un poco más corto y algo menos abrumador”.

Nuestro estudio sugiere que la cisteína se introdujo por primera vez en los péptidos de la vida mediante la modificación de la serina (otro de los aminoácidos de la vida)”, concluye Powner. “Esto ahora plantea importantes preguntas sobre la evolución temprana y la codificación de la síntesis de péptidos. Se supone que la cisteína no estuvo presente en el primer código genético, y esto encaja perfectamente con nuestras observaciones. Nuestros resultados indican que la serina codificada podría proporcionar péptidos de cisteína, lo que lleva a un papel clave en la evolución para la cisteína incluso antes de que fuera asignada al código genético de la vida“.

Fuente: Science.

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